Relations entre caractéristiques du milieu
expression des gènes, phénotype moléculaire et phénotype cellulaire

chez Cylindrospermum

Pour atteindre les objectifs fixés au début de l'étude, une synthèse est nécessaire.

Milieu avec NO3- ou NH4+
- Phénotype cellulaire : un seul type de celllules "végétatives"
- Phénotype moléculaire : équipement biochimique permettant une autotrophie pour le carbone par l'intermédiaire d'une photosynthèse productrice de dioxygène et une nutrition azotée basée sur l'assimilation de NH4+ ( NO3- prélevé dans le milieu est réduit en ion ammonium dans la cellule). Pas de dinitrogénase, ni de dinitrogénase réductase.
- Expression des gènes : gène de la phycocyanine bien exprimé, gènes de structure nif non opérationnels. Nombreux gènes impliqués dans la différenciation des hétérocystes (et des akinètes) réprimés.
Milieu carencé en azote
-Phénotypes cellulaires : cellules "végétatives", akinètes et hétérocystes aux caractéristiques structurales particulières (forme, enveloppes épaissies....). Différenciation de" pores" permettant de faire communiquer les cytoplasmes des cellules adjacentes en particulier hétérocyste et cellule végétative voisine (état pluricellulaire).
- Phénotype moléculaire nouveau : la différenciation des hétérocystes est marquée par un changement de leur équipement en protéines à l'origine de modifications métaboliques leur conférant d'une part une autotrophie limitée pour le carbone (moins de phycocyanine au début, PSII inactif soit une photosynthèse moins efficace mais ne produisant pas d'O2) et d'autre part, l'aptitude (nouvelles protéases) à mobiliser de l'azote (voir phycocyanine) dans un premier temps puis à fixer N2 ensuite (synthèse de plusieurs protéines dont la dinitrogénase).
Le métabolisme des hétérocystes est essentiellement orienté vers l'assimlilation de l'azote, une partie des photosynthésats leur étant fournis par les cellules végétatives qui, elles, reçoivent des ac. aminés produits dans les hétérocystes.
L'épaississement de la paroi des hétérocystes (et des akinètes) nécessite la fabrication de polysaccharides et de glycolipides nouveaux ce qui implique l'intervention d'enzymes néosynthétisées. La nouvelle enveloppe empêche la diffusion de O2 dans le milieu intracellulaire des hétérocystes.
-Expression des gènes : l'absence d'ions minéraux azotés dans le milieu est à l'origine de la différenciation des hétérocystes qui s'accompagne d'un remaniement de leur génome permettant notamment l'expression des gènes de structure des constituants du complexe nitrogénase. En réalité l'activation (ou la dérépression) de nombreux autres gènes est indispensable pour que l'activité "nitrogénase" soit effective. Les gènes codant les enzymes nécessaires à la mobilisation de l'azote (au début), ceux qui codent les enzymes intervenant dans les voies de biosynthèse des constituants des nouvelles couches de la paroi doivent également s'exprimer, par contre certains seront réprimés, par ex. celui de la phycocyanine, au début.